Quá trình tổng hợp, phân giải ở vi sinh vật và ứng dụng CD
I. Quá trình tổng hợp ở vi sinh vật
- Vai trò của quá trình tổng hợp: hình thành các hợp chất (vật liệu) để xây dựng và duy trì các hoạt động của vi sinh vật, đồng thời, giúp vi sinh vật tích lũy năng lượng.
1. Quang tổng hợp ở vi sinh vật và ứng dụng
- Quang tổng hợp ở vi sinh vật là quá trình vi sinh vật tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ nhờ năng lượng ánh sáng.
- Quang tổng hợp ở vi sinh vật được chia thành hai nhóm: quang hợp không thải O2 – quang khử (vi khuẩn màu tía và màu lục) và quang hợp thải O2 (vi khuẩn lam và vi tảo).
- Vai trò của quang tổng hợp ở vi sinh vật đối với sinh giới: góp phần tạo ra hợp chất hữu cơ cho sinh giới, cung cấp O2 cho con người và các sinh vật trên Trái Đất.
- Ứng dụng: con người đã sử dụng vi sinh vật quang tổng hợp như tảo và vi khuẩn lam để sản xuất thực phẩm, dược phẩm, nhiên liệu.
2. Tổng hợp amino acid, protein và ứng dụng
2.1. Cơ chế
Phần lớn vi sinh vật có khả năng tự tổng hợp được các amino acid. Thông qua quá trình dịch mã, ribosome sẽ liên kết các amino acid để tổng hợp protein.
2.2. Vai trò
Một số protein tham gia hình thành cấu trúc tế bào vi sinh vật, phần lớn còn lại thực hiện chức năng xúc tác.
2.3. Ứng dụng
Con người có thể ứng dụng vi sinh vật để sản xuất amino acid như: sản xuất glutamic acid nhờ vi khuẩn Corynebacterium glutamicum; sản xuất lysine nhờ vi khuẩn Brevibacterium flavum; sản xuất protein nhờ nấm men S. cerevisiae.
3. Tổng hợp polysaccharide, polyhydroxyalkanoate và ứng dụng
3.1. Cơ chế
Vi sinh vật tổng hợp các polysaccharide từ các monosaccharide.
3.2. Vai trò
Các polysaccharide được sử dụng làm nguyên liệu xây dựng tế bào hoặc chất dự trữ cho tế bào.
3.3. Ứng dụng
Sử dụng vi khuẩn Bacillus cereus hay Cupriavidus necator tổng hợp các hạt polyhydroxyalkanoate để thay thế nhựa hóa dầu.
4. Tổng hợp lipid và ứng dụng
4.1. Cơ chế
Các vi sinh vật tổng hợp lipid từ nguyên liệu glycerol và acid béo.
4.2. Vai trò
Lipid là thành phần tham gia xây dựng cấu trúc tế bào, đặc biệt là màng tế bào.
4.3. Ứng dụng
Nuôi cấy một số vi sinh vật dự trữ carbon và năng lượng bằng cách tích lũy nhiều lipid trong tế bào như nấm men hoặc vi tảo để thu lipid sử dụng trong sản xuất dầu diesel sinh học.
5. Tổng hợp kháng sinh và ứng dụng
5.1. Vai trò
Nhiều vi sinh vật có thể sinh tổng hợp kháng sinh để ức chế sự phát triển của các sinh vật khác trong cùng môi trường.
5.2. Ứng dụng
Tuyển chọn và nuôi các vi sinh vật để sản xuất thuốc kháng sinh dùng trong chữa bệnh. Ví dụ: Kháng sinh penicillin được sản xuất từ nấm mốc Penicillium chrysogenum.
II. Quá trình phân giải ở vi sinh vật
Vai trò của quá trình phân giải ở vi sinh vật: hình thành nguyên liệu và năng lượng cung cấp cho quá trình tổng hợp và các hoạt động của tế bào.
1. Phân giải protien và ứng dụng
1.1. Cơ chế
Vi sinh vật sinh tổng hợp protease để phân giải protein thành các amino acid.
Vai trò: Các amino acid được tạo ra từ quá trình phân giải protein có thể được vi sinh vật sử dụng để tổng hợp các phân tử protein mới, khử amin chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ hoặc oxi hóa để giải phóng năng lượng.
1.2. Ứng dụng
Con người ứng dụng khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào cao của vi sinh vật để phân giải protein trong đậu tương, cá thành các sản phẩm giàu amino acid như nước tương, nước mắm.
2. Phân giải polysaccharide và ứng dụng
2.1. Cơ chế
Nhiều vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp enzyme ngoại bào như cellulase, amylase để phân giải các polysaccharide thành các phân tử đường.
2.2. Vai trò
Các phân tử đường tạo ra từ quá trình phân giải polysaccharide được vi sinh vật sử dụng làm nguyên liệu xây dựng tế bào hoặc dùng làm nguyên liệu để thực hiện hô hấp tế bào sinh năng lượng và lên men.
2.3. Ứng dụng
- Sử dụng vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulase mạnh để phân hủy xác thực vật thành phân bón hữu cơ nhằm làm giàu chất dinh dưỡng cho đất
- Sử dụng vi sinh vật phân giải tinh bột và vi sinh vật sẽ chuyển hóa đường thành ethanol để sản xuất ethanol sinh học.
- Sử dụng nhóm vi khuẩn lên men lactic để sản xuất sữa chua, sản xuất lactic acid hoặc muối chua rau, củ, quả, thịt, cá, tôm.
3. Lợi ích và tác hại của quá trình phân giải nhờ vi sinh vật
3.1. Lợi ích của quá trình phân giải nhờ vi sinh vật
+ Vi sinh vật phân giải các hợp chất hữu cơ và chuyển hóa các hợp chất vô cơ giúp khép kín vòng tuần hoàn vật chất trong tự nhiên.
+ Con người có thể ứng dụng quá trình phân giải của vi sinh vật trong xử lí ô nhiễm môi trường, đồng thời, kết hợp để tạo ra các sản phẩm hữu ích như hóa chất, nguyên liệu và nhiên liệu.
3.2. Tác hại của quá trình phân giải nhờ vi sinh vật
+ Làm hư hỏng thực phẩm, ví dụ như lúa, ngô, khoai, sắn,…
+ Làm hư hỏng và gây mất mĩ quan các vật dụng, đồ gỗ dùng xây dựng nhà cửa,…
